La asignatura se encuentra en 5 semestre en el Modulo de Manejo de Materiales.

FES Zaragoza PROGRAMAS ANALÍTICOS DE LAS ASIGNATURAS 393 Semestre 5 facultad DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA ÁREA PROGRAMA DE ESTUDIO 1. Datos de identificación del programa. Nombre de la asignatura: Ciclo escolar al que pertenece: Quinto Semestre flujo DE FLUIDOS Orientación académica: Ciclo Profesional Número de horas: Teóricas: 5 Prácticas: 2 Número de créditos: 12 Fecha de elaboración: 22/03/2013 Prerrequisitos (temas aprendidos): Análisis Vectorial, Matemáticas I, Matemáticas II, Métodos Numéricos. 2. Relación con el plan de estudios. Contribución de la asignatura al perfil de egreso. Integrar los conocimientos y aplicarlos para resolver problemas reales, en donde los contenidos de la materia se enfoca al diseño y cálculo de dispositivos y equipos de proceso, en donde se transportan fluidos, y el egresado participa en la planeación y diseño de estos dispositivos en plantas de proceso, optimizando los recursos disponibles para lograr un modelo de desarrollo sustentable. Introducción a la asignatura. La asignatura se encuentra en 5 semestre en el Modulo de Manejo de Materiales.

394 Plan de Estudios de la Carrera de Ingeniería Química UNAM Relación Horizontal: Con las Asignaturas Separación Mecánica y Mezclado, Diseño de Equipo, Laboratorio y Taller de Proyectos. Relación Vertical: Con todas las asignaturas y teniendo mayor importancia con los LTP s de 4 a 9 Semestre. Todo ello contribuye a integrar los conocimientos de las ciencias de la ingeniería, para entender, analizar, mejorar los procesos industriales. 3. Objetivos del programa. Objetivo general: Relacionar los conceptos fundamentales de la mecánica de fluidos para su aplicación a sistemas en equilibrio estático y dinámico, aplicando los conocimientos básicos en un problema de transporte de fluidos, seleccionando y especificando el equipo adecuado y los instrumentos de medición requeridos para un problema específico. Objetivos específicos: Unidad I: Introducir las definiciones y conceptos básicos de la mecánica de fluidos así como los conceptos más importantes para su aplicación a sistemas del campo de flujo. Unidad II: Distinguir y calcular los diferentes tipos de presión involucrados en un sistema de flujo de fluidos en equilibrio estático, así como sus instrumentos de medición más comunes, aplicando la ley general de la hidrostática y aerostática. Unidad III: Definir las ecuaciones generales que gobiernan el campo de la mecánica de fluidos, así como su aplicación al movimiento de los fluidos. Unidad IV: Calcular los diferentes sistemas de tuberías aplicando las ecuaciones de Continuidad, Bernoulli, Energía Mecánica, Darcy, aplicándolas en flujos incompresibles. Unidad V: Calcular los medidores de flujo más comunes utilizados en la industria química, aplicando la ecuación general de medidores para su diseño y especificación. Unidad VI: Calcular las principales bombas para el transporte de fluidos usadas en la industria química, para su selección de acuerdo con el tipo de fluido. Unidad VII: Calcular y especificar tuberías, ductos y compresores para gases y vapores, aplicando la ecuación de energía mecánica para su respectiva selección. Unidad VIII: Analizar las principales correlaciones que aplican al flujo a dos fases, para el diseño del diámetro de tuberías.

FES Zaragoza PROGRAMAS ANALÍTICOS DE LAS ASIGNATURAS 395 4. Conocimientos. CONOCIMIENTO TEÓRICO Unidad I. Introducción. 1. La mecánica de los fluidos y la hidráulica. 2. Definición de fluido. Clasificación de los fluidos, incompresibles y compresibles, newtonianos y no newtonianos. 3. Propiedades de los fluidos: masa, peso, volumen, densidad absoluta, densidad relativa, peso específico, tensión superficial, comprensibilidad, viscosidad absoluta, viscosidad cinemática, presión de vapor. Unidad II. Estática de fluidos. 1. Presión de un fluido. 2. Presión absoluta, manométrica positiva, manométrica negativa (o de vacío), presión dinámica, presión de impacto, presión hidrostática. 3. Variación de la presión de un fluido estático para fluidos con densidad constante y para fluidos con densidad variable (hidrostática y aerostática). 4. Escalas de medidas de presión. 5. Medidores de presión. 6. Manometría, métodos de los meniscos. 7. Aplicación a manometría. Problemas. Unidad III. Cinemática y dinámica de los fluidos. 1. Fluidos en movimiento. Líneas de corriente. Tubo de corriente. Hipótesis del continum. Definición de velocidad (velocidad media), aceleración, flujo másico, flujo volumétrico. 2. Tipos de flujo. Flujo externo e interno. Flujo a régimen permanente, no permanente, laminar, turbulento, adiabático, no adiabático, rotacional, irrotacional. 3. Leyes físicas fundamentales. 4. Representación de Euler y de Lagrange. Sistemas y volúmenes de control. 5. Ecuaciones integrales. Ecuación de continuidad (conservación de masa). Ejemplos. 6. Ecuación de cantidad de movimiento: segunda ley de Newton. 7. Viscosidad y esfuerzo de corte. 8. Ley de Newton de la viscosidad. Viscosidad: influencia de la presión y temperatura. 9. Fluidos no Newtonianos. No. DE HORAS 7 14 7

396 Plan de Estudios de la Carrera de Ingeniería Química UNAM CONOCIMIENTO TEÓRICO No. DE HORAS 9.1 Definiciones. Fluidos Bingham, fluidos Seudoplásticos, fluidos dilatantes fluidos tixotrópicos, fluidos reopécticos. Ecuaciones constitutivas y su comportamiento. 9.2 Propiedades reológicas. 10. El tensor de esfuerzo de corte. Las relaciones de Stokes. 11. Ecuaciones diferenciales. 12. La ecuación de continuidad. 13. La ecuación de movimiento: Navier-Stokes. Aplicaciones. 14. Ley de Stokes. 15. La ecuación de energía mecánica. 16. Ejemplos y aplicaciones. Unidad IV. Flujo incompresible. 1. Conservación de la energía: el primer principio de la termodinámica. 2. El experimento de Reynolds. Número de Reynolds. 3. Flujo laminar. Ecuación Hagen-Poiseuille. Ejemplos. 4. Balance macroscópico de energía. 5. Ecuación de Bernoulli. 6. Ecuación de Darcy y ecuación de Fanning. 7. Pérdidas por fricción caídas de presión en tuberías y diversos tipos de accesorios. 8. El factor de fricción en tubos. Diagrama de Moody. Rugosidad absoluta y relativa, longitudes equivalentes, coeficientes de resistencia. 9. Válvulas, tipos de válvulas, selección. 10. Aplicación e ecuación de Bernoulli. Determinación de diámetros, caudales, velocidades, caídas de presión. 11. Diseño de tuberías. 12. Tuberías en serie y en paralelo. 13. Tuberías ramificadas. Redes de tuberías. 14. Aplicaciones. Ejemplos. Unidad V. Medidores de flujo. 1. Tipos de medidores: placa de orificio, Venturi, tobera o boquilla, tubo pitot, y otros. 2. Factores de selección. 3. Ecuación general de medidores. Ecuaciones de medidores basados en caídas de presión. 28 7

FES Zaragoza PROGRAMAS ANALÍTICOS DE LAS ASIGNATURAS 397 CONOCIMIENTO TEÓRICO 4. Medidor de área variable: rotámetro. 5. Aplicaciones. Ejemplos. Unidad VI. Bombas. 1. Tipos de bombas. 2. Factores de selección. 3. Clasificación general. 4. Desplazamiento positivo. Reciprocantes y rotatorias. 5. Dinámicas: centrífugas. 6. Especiales y otras. 7. Partes de una bomba. Descripción. 8. Capacidad. Altura desarrollada potencia consumida. 9. Características hidráulicas. Aplicación de la ecuación de Bernoulli. 10. Curvas características: Caudal vs. altura, caudal vs. eficiencia, caudal vs. potencia. 11. Potencia hidráulica, potencia al freno. 12. Definición de NPSH, cavitación. 13. NPSH requerido, NPSH disponible. 14. Diferentes esquemas de succión. 15. Leyes de afinidad. 16. Curva del sistema, punto de operación o caudal óptimo. 17. Operación de bombas en serie y en paralelo. 18. Especificaciones para adquisición. 19. Aplicaciones. Ejemplos. Unidad VII. Flujo compresible y compresores. 1. Flujo compresible a bajas velocidades y altas velocidades. 2. Ecuación de Bernoulli: balance de energía mecánica. 3. Ecuaciones empíricas de uso práctico: Weymouth, Panhandle, Spitzglass, Babcock, etc. 4. Caídas de presión en tuberías y ductos fluyendo gases o vapores a altas presiones. 5. Velocidad del sonido. 6. Número de Mach. 7. Aplicaciones. Ejemplos. 8. Toberas convergentes y divergentes. Propiedades de estancamiento, propiedades críticas (Ma=1). Ecuaciones para cálculos de propiedades. No. DE HORAS 21 21

398 Plan de Estudios de la Carrera de Ingeniería Química UNAM CONOCIMIENTO TEÓRICO No. DE HORAS 9. Tipos de compresores: desplazamiento positivo y centrífugos. 10. Proceso de compresión, relación PVT. 11. Compresión isotérmica, compresión adiabática, compresión politrópica. 12. Compresión por etapa. Relación de compresión. 13. Caso Ideal, caso real, relación PVT. 14. Cálculo de potencia, cálculo de temperaturas de descarga. 15. Cálculo de compresores utilizando diagrama de Molliere. Unidad VIII. Flujo a dos fases. 1. Sistemas líquido vapor. 2. Patrones de flujo. Mapa de Baker. 3. Correlaciones Lockhart-Martinelli. 4. Regímenes de flujo ascendente y descendente. 5. Diseño del diámetro de tuberías para flujo a dos fases. 7 5. Estrategias de aprendizaje. ASPECTOS PRÁCTICOS Exposición oral. Ejercicios dentro de clase. Lecturas comentadas. Trabajos de equipo (investigación). 6. Evaluación del aprendizaje. ASPECTOS PRÁCTICOS Exámenes parciales. Exámenes finales. Trabajos y tareas fuera del aula. Participación en clase.

FES Zaragoza PROGRAMAS ANALÍTICOS DE LAS ASIGNATURAS 399 7. Calificación. ASPECTOS PRÁCTICOS Exámenes parciales. Trabajos y tareas fuera del aula. Participación en clase. Exámenes finales. FINAL 80% 10% 10% 100% 8. Bibliografía. Bibliografía básica: Crane Company. (2009). Flow of fluids through valves fittings and pipe. Technical Paper No. 410. USA: Crane. Darby, R. (2001). Chemical engineering fluid mechanics. 2ª ed. USA: CRC Press. Foust, A.S. et al. (1980). Principios de operaciones unitarias. México: CECSA, México. 704 pp. Ludwing, E.E. (1993). Applied process design for chemical and petrochemical plants. Vol. I y III. 2ª ed. USA: Gulf Publishing Company. Streeter, L.V. (1970). Mecánica de fluidos. 9ª ed. Colombia: McGraw-Hill Interamericana. White. M.F. (2000). Mecánica de fluidos. 5ª ed. México: McGraw-Hill. Bibliografía complementaria: Bennet, C.O. y Myers, J.E. (1978). Momentum, heat and mass transfer. New York: McGraw-Hill. 810 pp. Bober, W. (1980). Fluids mechanics. USA: John Wiley & Sons. Brown, R.N. (1986). Compressors (selection & sizing). USA: Gulf Publishing Company. de Nevers, N. (2005). Fluid mechanics for chemical engineers. 3ª ed. New York: McGraw-Hill Higher Education. Fogiel, M. (2000). The fluid mechanics and dynamics problem solver. USA: Research & Education Association. Granet, I. (1996). Fluid mechanics. 4ª ed. USA: Prentice Hall. Greene, R.W. (1992). Compresores selección, uso y mantenimiento. México: McGraw-Hill Interamericana. Greene, R.W. (1992). Válvulas selección, uso y mantenimiento. México: McGraw-Hill Interamericana.

400 Plan de Estudios de la Carrera de Ingeniería Química UNAM Hughes, W.F. (1970). Teoría y problemas de mecánica de fluidos. México: McGraw-Hill. Janna, W.S. (1993). Introduction to fluids mechanics. 3ª ed. USA: PWS Publishing Company. Karassik, I.J. (1990). Bombas centrifugas (selección, operación y mantenimiento). 14ª ed. México: Compañía Editorial Continental. Levenspiel, O. (1996). Flujo de fluidos e intercambio de calor. España: Reverté. Mataix, C. (1982). Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas. 2ª ed. México: Oxford University Press. Mott, R.L. (2006). Mecánica de fluidos. 6ª ed. México: Pearson Educación. Mulley, R. (2004). Flow of industrial fluids-theory and equations. USA: CRC Press ISA. Munson, B.R. (2004). Fundamentos de mecánica de fluidos. México: Limusa. Potter, M.C. (2002). Mecánica de fluidos. 3ª ed. México: International Thomson Editores. Robert, F.W. (1995). Introducción a la mecánica de los fluidos. 2ª ed. México: McGraw-Hill. 916 pp. Shames, I.H. (1967). La mecánica de los fluidos. México: McGraw-Hill. Shapiro, A.H. (1953). The dynamics and thermodynamics of comppresible fluid flow. USA: John Wiley & Sons. Sissom L.E. (1972). Elements of transport phenomena. Japan: McGraw-Hill. P. 814. Viejo Zubicaray, M. (2000). Bombas (teoría, diseño y aplicaciones) 2ª ed. México: Limusa. Wilkes, J.O. (1999). Fluid mechanics for chemical engineers. USA: Prentice Hall PTR. 9. Perfil docente. Ingeniero Químico o carrera afín para impartir la asignatura, preferentemente con estudios de posgrado, 2 años de experiencia docente y/o cursos equivalentes. 10. Propuesta de evaluación del cumplimiento del programa. Reunión académica al final del semestre para evaluar el programa propuesto. 11. Responsables de la elaboración. Dominga Ortiz Bautista Blas Maldonado Sánchez